昨今、スマートフォンのみならず、活動量計など様々な電子機器デバイスが開発され活用されています。その端末同士は無線通信で行われており、ますますアンテナの役割が大きくなってきています。しかしながら、従来の八木アンテナのような空中にあるアンテナとは異なり、PCB基板上に存在するアンテナはかなり制約が大きくなっています。PCB上にアンテナがあることから、回路への影響も無視できないところです。
このような複雑な問題に対し、電磁波の挙動を基礎方程式から解析する、電磁場シミュレータは大きな助けとなってくれるはずです。我々はこの考えを基にElectro Magnetica Numericaを開発いたしました。
CADデータから複雑な形状を読み込み、完全自動で非構造格子を生成し、FD-TD法の計算スキームであるLeap-Frog法により、非常に少ないメモリで解析を可能とするElectro Magneticaによる解析例をご紹介いたします。
Electro Magnetica version 1の特長が最も活かされる応用問題のひとつとしてあげられるのは、散乱問題です。
問題としている電波の波長よりも、散乱体の大きさが小さい場合、特にその特長、必要な部分にのみ計算格子を集中できるブロック適合格子、が活かされます。
ここで例として挙げる問題は、完全導体である球を中心に置き、そこにインパルス平面波を照射してその散乱現象を見るというものです。
 sphere.em3.zip | [EM file for this example.] | 0.9 kB |
Electromagnetic emission from a dipole antenna is simulated using Electro Magnetica (EM).
One of a fundamental problem of antenna emission is computed. This is a quite simple model. Two cylindrical elements are located with a small distance, they are connected to a lumped voltage source with a wire model.
 dipole.em3 | [EM file for this example.] | 1 kB |
戦闘機の機体からの電波の反射を、Electro Magnetica Numericaでシミュレーションをして、機体からの反射特性を解析しました。EMでは、このような複雑な形状のモデルから最適な計算格子を自動的に生成します。そして必要なところでのみ細かい格子を用いますので、計算効率が高いのが特徴です。
Electro Magneticaは3D-CADデータである、STereo Lithography (STL)データと、DXF-Triangleデータを読み込むことが出来ます。これにより、3D-CADで作られた複雑な形状の、完全導体モデルや、物質モデルを組み込むことが出来ます。また、EMは、その3D-データの形状の複雑さにあわせて適合格子を完全自動で生成する、独自のブロック適合直交格子ジェネレータを供えているため、必要な部分に細かい格子を、必要ではない部分には粗い格子を生成し、効率よく計算することが出来ます。
| penguin.dxf | [DXF CAD data of the penguin] | 120 kB |
ヘリックスアンテナからの放射の様子をシミュレートしました。
ヘリックスアンテナのシミュレーションは一般的なFDTD法による解析ではかなりコンピュータリソースが必要となる問題です。細い線状の導線が渦巻き状態になっている構造を十分に解像するためには、細かい格子が必要となります。そのため、一般的なFDTD法を用いた多くのソフトウェアでは大変難しい問題の一つとなっています。
